CEA LEO M.B., MAILLARD M. L. REACTEURS NUCLEAIRES (I960).

CEA 1659 - LEO M.B. , MAILLARD M. L.

REACTEURS NUCLEAIRES (I960).

Sommaire. - Les premiers réacteurs industriels plutenigenes français Gl - G2 - G3 du Centre de Marcoule comportent une installation de récupération d'énergie.

La production d'électricité de G1 ne compense pas l'énergie dépensée par ailleurs pour le fonctionnement de l'ensemble, par contre, G2 et G3 doivent fournir chacun une pnissaiuse de 25 à 30 MW au réseau national d'Electricité de France.

Cette puissance ett modeste, nais l'expérience acquise grâce à ces réacteurs est très grande et c'est grâce à,elle qu'il nous sera possible de mettre en exploitation les réacteurs énergétiques EDF1 - EDF2 - EDF3.

Le joémotre décrit comment, avant tout démarrage du réacteur. les

«ssais effectués. en particulier ceux concernant l'Installation de récupération d'énergie et le caisson, ont permis d'abréger la phase de montée en puis- sance.

CEA 1659 - LEO If. B . . MAILLARD M. U NUCLEAR REACTORS (1960).

. - The first French plotoniuni~making reart-^rs Gl. Gl and G3 built at Marcoule research center are linked to a power plant.

"""be Gl electrical output does not offset the energy needud for opera- ting mis .-«actor. On the contrary, reactors G2 and G3 will each generate a net power of 25 to 90 MW. which will go into the EDF grid.

This power is relatively email, but the information obtained from operation is great and will be helpful for starting up the power reactor EDF1, EDF2 and EDF3.

The paper describes how, previous to any starting-up operation, the tests performed, especially those concerned with the power plant and the pressure vessel, have helped to bring the commissioeing dale closer.

PREMIER MINISTRE

C O M M I S S A R I A T A L'ÉNERGIE ATOMIQUE

REACTEURS NUCLEAIRES

par

M. B. LEO

Electricité de France

et M. L. MAILLARD

Commissariat à l'Energie Atomique

Rapport CEAN° 1 6 5 9

1960

NUCLÉAIRES DE SACLAY

S E R V I C E DE D O C U M E N T A T I O N Boil» pmteU n° 2 - Gf-aur-Yvatto (S.-^-O.)

- Rapport C E . A . n° 1659 -

REACTEURS NUCLEAIRES

par M. B. LEO

Directeur adjoint, Région d'Equipement Thermique Nucléaire n° 1 Electricité de France

et M. L. MAILLARD

Chef du Service de Construction des Piles Commissariat à l'Energie Atomique

1960

CONFÉRENCIA MUNDIAL DE LA ENERGIA

mâdrid i960

WORLD POWER CONFERENCE

SECTIONAL MEETING

CONFERENCE MONDIALE DE L'ENERGIE

SESSION PARTIELLE

S F S I U N F - A R C I A l D E M A D R I D . S PONENCIA

PAPER

RAPPORT

IV A / 4

J U N I n i « * n FRANCIA

FRANCE FRANCE

REACTEURS NUCLEAIRES

M.B. LÉO,

Directeur adjoint, Région d'Equipement Thermique Nucléaire N"° 1 Electricité de France

MX. MAILLARD,

Chef du Service de Construction des Piles, Commissariat à l'Energie Atomique

1. Le programme technique de la session partielle de la Conférence mondiale de l'Energie (Madrid 1960) a pour thème : "les procédés pour résoudre les problèmes que pose l'insuffisance d'énergie" et il est bien connu que l'on espère, à bref délai, compter parmi ces procédés la pro- duction rentable d'énergie électrique par l'utilisation de l'énergie nucléaire dans d^s réacteurs à l'échelle industrielle.

Aussi bien, le présent mémoire n'a-t-il pas pour but de montrer que ce souhait peut être réalisé par la filière des réacteurs de puissance à Uranium naturel, graphite et gaz sous pression, dans laquelle la France s'est engagée depuis 1953. Il souhaite montrer comment, pour les réacteurs faisant partie de la première tranche du programme associé à cette filière, les essais peuvent permettre de hâter le moment où l'énergie électrique d'origine nucléaire résoudra le problème de Vènergxe.

2. Toute installation de production d'énergie nucléaire comporte un réacteur nucléaire auquel est associée une usine de production d'énergie électrique utilisant la vapeur produite directement ou indirectement par le réacteur. Les problèmes posés par l'étude, la construction et l'exploitation de l'usine de production d'énergie sont peu différents de ceux relatifs aux centrales thermiques classiques. Les différences essentielles proviennent des conditions médiocres de température et de pression de la vapeur fournie par les réacteurs nucléaires, dans l'état actuel de la technique. Les quantités 1

de vapeur nécessaires pour produire une puissance donnée étant sensiblement plus élevées que les quantités correspondantes d'une centrale classique, mo- derne, à haute pression, il en résulte que la turbine, le condenseur et leurs organes accessoires doivent être plus largement dimensionnés et que la consommation spécifique d'eau de refroidissement est sensiblement plus

forte.

Les quelques centrales de production d'énergie nucléaire en exploitation dans le monde entier ne sont en service que depuis un petit nombre d'années et les centrales en construction ont toutes plus ou moins un caractère expé- rimental. Mais les données de la physique nucléaire imposent des dimensions minimales au réacteur et d'autre part l'évolution rapide de la technique et le souci de la diminution des prix au kW installé conduisent à une augmenta- tion rapide de la puissance des réacteurs. De ce fait, les premières centra- les réalisées avaient déjà une puissance de quelques dizaines de MW (é) (1). Les centrales en cours de réalisation atteignent et dépassent 100 MW (é) et la réalisation de centrales de plusieurs centaines de M!W est envisagée à brève échéance. On se trouve donc, avant que certaines ques- tions techniques soient totalement résolues du côté nucléaire, en présence d'installations de production d'énergie de grande puissance et de grandes dimensions.

D'autre part, les informations nouvelles que procure la mise en service d'une centmle nucléaire, sont en général immédiatement utilisables pour l'amélioration des projets de nouvelles centrales en cours d'étude. C'est dire qu'elles sont attendues impatiemment et que tout est mis en oeuvre pour démarrer la centrale dès l'achèvement des travaux.

De gros efforts sont faits actuellement pour raccourcir les délais de construction, et ceci parfois aux prix de lourdes charges supplémentaires.

Ces efforts ne doivent pas être anihilés par des délais de démarrage ex- cessifs.

Enfin, les à-coups inévitables du démarrage de l'installation de produc- tion d'énergie ne doivent pas se répercuter sur la stabilité du réacteur.

Or, les essais et le démarrage du réacteur proprement dit sont une opération délicate et de longue haleine nécessitant l'intervention de nom- breux ingénieurs spécialisés dans des techniques très variées. Il est indis- pensable que dans cette période de mise au point, le démarrage de la cen- trale de production d'énergie électrique ne vienne pas perturber les opéra- tions de démarrage du réacteur. C'est donc dès le début de l'élaboration du projet que l'on devra prévoir pour la centrale des dispositions telles que ces operations puissent se faire avec le plus de souplesse et de rapidité possible.

3 . La filière des réacteurs français de puissance à Uranium naturel, graphite et gaz, comprend deux tranches:

— Les réacteurs plutonigènes Gl - G2 - G3 de Marcoule, auxquels ont été associées des installations t/<? récupération d'énergie.

(1) MW(é) = MW électriques nets fournis au réseau.

— Les réacteurs industriels EDF 1 - EDF 2 - EDF 3 d'Avoine dont le but est la production d'énergie.

Nous ne parlerons ici que des ensembles pi'es et installations de récu- pération d'énergie associés des réacteurs de Marcoule.

4. L'ensemble industriel Gl

L'ensemble industriel Gl (2) est réalisé autour de la première pile fran- çaise utilisant le graphite comme modérateur. Dans le but de démarrer rapi- dement l'approvisionnement de la France en matière fissile (plutonium) sur une échelle industrielle, les solutions techniques ont été choisies aussi simples que possible : le fluide extrayant la chaleur des barreaux d'uranium naturel,

gainés de magnésium, est de l'air en circuit ouvert alimentant la pile par une fente médiane.

Les modestes propriétés du gaz de refroidissement ne permettent pas de récupérer la totalité de l'énergie dépensée par ailleurs pour sa mise en circulation.

Il n'en reste pas moins que de nombreuses expériences de physique à faib'e flux neutronique, puis des essais en puissance ont pu être conduits dès 1956 (3) de façon, d'une part à préciser les éléments expérimentaux nécessaires pour améliorer le calcul des réseaux à graphite et certains points de théorie, d'autre part à mieux connaître le réacteur, ses éléments et ses accessoires, pour en assurer le fonctionnement correct, et parfaire les réglages utiles.

Grâce à cette installation, les techniciens d'Electricité de France et ceux du Commissariat à l'Energie Atomique ont éprouvé la joie de produire les premiers kWh nuc'éaires en France et probablement en Europe Conti- nentale, le 28 septembre 1956.

Grâce à elle encore, des renseignements extrêmement précieux ont pu être accumulés pendant le premier recuit de l'empilement graphite, pour guérison de l'effet Wigner, en septembre 1958.

Au total, l'expérience acquise par le fonctionnement de cette pile depuis 1956 (4) a été extrêmement profitable et a permis de réaliser les deux piles plutomigènes G2 et G3 de grande puissance, préfiguration des piles industrielles EDF 1 - EDF 2 - EDF 3.

5. Les ensembles industriels G2 - G3

Les en.semb'es industriels G2 - G3 (5) ont été réalisés autour de piles plutonigènes de grande puissance conçues de façon à rendre utilisable, pour la production d'énergie électrique, la chaleur qu'elles dégagent. Les deux ensembles sont identiques.

(2) Conférence de Genève 1955, p, 333, de MM. CHAMOADAL et PASCAL.

(3) Centre d'Etudes Nucléaires de Saclay. Rapport CEA, n.* 670. Réacteur Gl.

Service de Documentation, boîte postale n.° 2, Gif s/Yvettc (S. et O.).

(4) Conférence de Genève 1958, p. 950, de MM. SCALUET, ROUVILLE et PASCAL.

(5) Bulletin d'Informations scientifiques et techniques. CEA, n.° 20, Août 1958.

Compagnie Française d'Editions, 40, rue du Colisée, Paris.

VI A/4

5.1. Le réacteur

Le combustible est de l'Uranium naturel sous la forme de barreaux pleins, gainés de tubes de magnésium zirconium munis d'ailettes longitu- dinales. Les canaux de graphite contenant ces éléments combustibles soui horizontaux.

Le fluide retenu pour l'extraction de chaleur est du gaz carbonique sous la pression absolue de 15 kg/cm².

Le caisson contenant le coeur actif de la pile et tenant la pression est en béton précontraint (6). Une tôle continue doublant la face interne du béton permet de réaliser l'étanchtité. Les piles ont été conçues de façon à pouvoir être chargées en combustible neuf et déchargées en combustible irradié, en marche et sous pression. Le système de chargement fonctionne par sas permettant l'introduction des cartouches neuves par l'une des faces du caisson et commandant la sortie sur la face opposée, par gravité, des car- touches irradiées.

Outre le circuit primaire d'extraction de chaleur, il a été réalisé un circuit secondaire destiné à assurer le refroidissement des structures in- ternes du caisson et, en particulier, de la peau d'étanchéité.

Le fluide primaire est véhiculé à l'aide de deux turbosoufflantes ali- mentées en vapeur par les échangeurs de l'ensemble. Un motosouffiante assure la circulation du fluide secondaire. Des motosouf fiantes primaires

auxiliaires assurent les démarrage de l'installation.

De façon à tirer le maximum de puissance de l'ensemble, compte tenu de la réserve de réactivité disponible, il a été prévu un aplatissement radial du flux neutronique dans la région centrale par introduction préli- minaire de canaux d'absorbants (thorium, fer, matériaux pour production de radioéléments), et, accessoirement, 2 diamètres de cartouches différents.

5.2. L'installation de récupération d'énergie

L'installation de récupération d'énergie est réalisée de façon à éviter toute répercussion, sur le fonctionnement neutronique du réacteur, d'éven- tuelles perturbations sur le circuit d'utilisation de la vapeur produite.

C'est Electricité de France qui a été chargée d'étudier, de réaliser, de mettre au point, de démarrer et d'exploiter l'installation de production d'énergie, installation qui s'étend depuis les échangeurs de chaleur inclus jusqu'au transformateur de puissance inclus.

Le gaz carbonique à 15 kg/cm² de pression ayant extrait la chaleur du réacteur G2 alimente par deux circuits à des températures légèrement différentes une batterie de quatre échangeurs de chaleur entièrement indé- pendants, c'est-à-dire que chaque échangeur forme par lui-même un ensem- ble qui peut fonctionner même en cas d'indisponibilité des échangeurs

voisins (Fig. 1).

(6) Supplément aux Annales de l'Institut Technique du Bâtiment et des Tra- vaux Publics, Juillet-Août 1959. Caissons en béton précontraint des Réacteurs G2 et G3, par MM. B Eu. 1ER et TOURASS*. Documentation technique du bâtiment, 6, rue Paul Valéryi Paris.

POMPE \ AHMEMTAWC WHLEM rno n w

HISTAL4CMM •

kg/fen^

FIGURE 1

Installation de récupération d'énergie, schéma.

Energy recuperation plant, diagram.

Instalaciôn de récupération de energia, esquema.

FICURE 2

Installation de récupération d'énergie, photogiaphie, Energy recuperation plant, photograph.

Instalaciôn de récupération de «nergia, fotografia.

Ces échangeurs fournissent de la vapeur à deux pressions différentes ; la haute pression alimente uniquement la turbine, et la basse pression ali- mente la turbine et en priorité les turbosoufflantes assurant la circulation

du CO² pour le refroidissement de la pile (Fig. 2).

Le fonctionnement de la turbine est rendu indépendant de celui du réacteur par un détendeur désurchauffeur lié au condenseur principal et capable d'absorber la totalité de la vapeur produite par les échangeurs, ce qui permet, en cas de disparition instantanée de la puissance électrique, de transférer immédiatement la vapeur sur le circuit de détente sans provo- quer de variation brusque de température sur le réacteur. En outre, un deuxième détendeur-désurchauffeur associé à un condenseur auxiliaire per- met d'absorber la totalité de la puissance en cas d'indisponibilité de l'en- semble principal. Cette installation permet d'effectuer divers essais sans qu'il soit nécessaire de modifier la marche du réacteur, notamment la mise au point des différentes chaînes (régulation et évacuation des calories).

6. Les essais de l'ensemble industriel G2

II n'entre certes pas dans le cadre de ce mémoire de rappeler tous les essais de mise au point, de recette provisoire, de bon fonctionnement, qui ont permis d'atteindre, pour l'ensemble industriel G2, la pleine puissance thermique. Après un bref rappel des principaux résultats obtenus, nous examinerons plus en détail dans les cas particuliers de l'installation de récupération d'énergie et du caisson en béton précontraint, comment ces résultats ont pu être atteints.

Rappelons que G2 est la première pile de puissance dotée d'un système de chargement-déchargement des éléments combustibles sur la pile en mar- che et sous pression. Cette installation s'est révélée extrêmement utile, car elle a permis d'éliminer aisément, sans arrêter la pile, les quelques cartou- ches fuyardes repérées par l'installation de détection de rupture de gaine.

Il convient d'ailleurs de remarquer, de ce point de vue, que l'ensemble des cartouches s'est comporté d'une façon tout à fait satisfaisante, le taux de rupture de gaine étant extrêmement bas.

L'étanchéité d'un circuit aussi complexe (environ 5.000 m* de gaz carbonique à 15 kg/cm2) s'est révélée satisfaisante; une installation de ré- cupération des fuites doit permettre de baisser encore sensiblement la con- sommation en CO².

Des puissances thermiques de l'ordre de 215 à 220 MW ont pu être maintenues pendant de iongues périodes. Il est à remarquer que ce résultat n'a pu être atteint qu'au détriment de la puissance électrique délivrée au réseau (alors de l'ordre de 27 MW (é) ), la fraction de vapeur supplémentaire pour augmenter le débit des turbosoufflantes n'étant pas "économique" du point de vue Installation de Récupération d'Energie.

Du point de vue nucléaire, des essais ont pu être effectués, dont les résultats d'un grand nombre ne soit pas encore publiés.

7. Les essais de l'Installation de Récupération d'Energie

La mise en service de cette installation s'est faite dans des conditions particulièrement satisfaisantes de rapidité et de souplesse. Il a été possible d'utiliser immédiatement la puissance fournie par le réacteur, trois ou quatre jours seulement ayant été nécessaires pour achever les réglages qui ne pouvaient être faits sans disposer d'une puissance suffisante. Cet heureux résultat est dû à la bonne entente qui a constamment régné entre les ingé- nieurs d'E.D.F. et ceux du CE.A., à l'efficacité des liaisons établies entre ces deux organismes et à un certain nombre de facteurs qu'il nous parait

intéressant de mettre en évidence.

Nous pensons que la rapidité de la mise en route résulte., outre de la conception même de l'installation (cf § 5,2).

1. du soin apporté à la mise au point de l'installation avant ia montée en puissance du réacteur, rendue possible par l'utilisation d'une source auxiliaire de vapeur,

2. de la bonne formation théorique et pratique du personnel.

7.1 Mise au point préliminaire

La mise au point d'une installation à vapeur comporte un grand nom- bre d'opérations commençant par les opérations de nettoyage des circuits et se poursuivant par les essais individuels des diverses parties de l'instal- lation avec relevés des caractéristiques et la mise au point de la régulation, et enfin la rotation de la turbine. Ce dernier essai est absolument indis- pensable pour permettre ultérieurement un démarrage rapide puisqu'il per- met d'observer de façon complète le .comportement de la turbine, ses vibra- tions, la modification des jeux nécessaires, etc. Pour G2, la turbine a pu être lancée à sa vitesse de régime de 3.000 tours/mn et l'alternateur couplé au réseau général E.D.F. plusieurs semaines avant la montée en puissance du réacteur.

Cet état de choses a été facilité par la présence, à proximité du réacteur G2, d'une source de vapeur. En effet, à quelques centaines de mètres de G2 se trouve l'usine d'extraction du Plutonium qui dispose pour le réchauffage de ses circuits d'une chaufferie composée de deux chaudières produisant de la vapeur à 35 kg/cm*-33O°C et susceptible de débiter ensemble 15 tonnes/heure.

Une conduite spéciale d'une longueur de 1.100 m a été tirée entre l'usine d'extraction du Plutonium et le réacteur G2. Cette conduite peut débiter au maximum 13 tonnes/heure et elle a permis de réaliser les essais suivants:

mise au point de la turbine principale,

mise au point des trois turbosoufflantes principales du réacteur, lessivage et mise en état de conservation des échangeurs,

réglage des chaînes de détente,

mise au point des chaînes de régulation, des économiseurs et du bouilleur,

réglage de l'alternateur et mise au point des chaînes de protection.

8

Ces réglages et mises au point nécessitent un délai dont l'ordre de grandeur est de quatre mois. Une fraction appréciable de ces délais se serait ajoutée aux délais de la mise au poimt du réacteur, si E.D.F. n'avait pas disposé d'une source de vapeur auxiliaire.

Sur un plan plus général la préparation des essais de démarrage de la centrale E.D.F. 1 a été poussée très loin dans le détail. L'ensemble de l'ins- tallation a été découpé en une soixantaine de circuits élémentaires. Pour chacun d'entre eux un dossier d'essais a été rédigé ; il précise dans les moin- dres détails les essais à effectuer, les conditions d'exécution, le programme, le personnel et le matériel nécessaires.

D'autres essais portant sur des ensembles de circuits (par exemple les essais statiques et dynamiques des circuits principaux de CO²) on été étu- diés dans les mêmes conditions. Tous ces essais ont été réalisés au fur et à mesure de l'achèvement des travaux de montage. Pour leur préparation une équipe d'une dizaine d'ingénieurs a été spécialement mise sur pied.

On voit que l'installation était essayée de façon aussi complète que possible le jour de la montée en puissance du réacteur. La présence à courte distance du réacteur d'une source de vapeur était une circonstance heureuse dont il était avantageux de profiter. Mais si cette installation n'avait pas existé, nous pensons qu'il aurait été de toute façon avantageux d'amener sur place une ou deux chaudières mobi'es permettant de réaliser les mêmes essais. C'est d'ailleurs ce qu'E.D.F. a fait pour Gl à une époque où aucune source de vapeur n'était encore disponible sur le site et ce qu'elle se propose de faire pour la mise en service de la centrale E.D.F. 1 à CHINON" (Indre-et-Loire) dont l'installation de production d'énergie sera terminée avant l'achèvement complet du réacteur.

7.2 Formation du Personnel

Pour qu'une installation nouvelle démarre dans des conditions satis- faisantes, il est indispensable qu'elle soit exploitée par un personnel suffi- samment entraîné et qui connaisse bien les particularités de l'installation.

Le Commissariat ayant construit sur le site de Marcou'e le réacteur plutonigène Gl, E.D.F. y avait associé une petite centrale de production d'énergie de puissance très modeste qui a commencé à fonctionner en septembre 1956 (§ 4). Cette centrale a permis néanmoins de former une petite équipe qui a pu, tout en travaillant à l'exploitation de l'usine Gl, suivre dans tous ses détails la construction de la centrale de production d'énergie de G2.

Le recrutement de ce personnel a fait l'objet d'une attention particu- lière et son entraînement a été entrepris le plus tôt possible avant le dé- marrage effectif de la centrale.

En fait, la formation théorique et pratique du personnel avait com- mencé plus de six mois avant le démarrage.

La formation théorique s'est faite sous forme d'une cinquantaine de conférences traitant des problèmes généraux relatifs à l'énergie nucléaire et donnant une description détaillée et complète de la centrale, chaque des- cription étant suivie de visites détaillées des divers appareils et circuits.

Le personnel était entraîné à des exercices de démarrage et d'exploita- tion "à blanc" et était ainsi familiarisé avec les gestes qu'il aurait à faire

plus tard. Entraîné de cette manière, le personnel E.D.F. s'est révélé dès les premiers jours parfaitement apte à exploite- efficacement et dans les meilleures conditions l'installation de production d'énergie de G2.

8. Essais réalisés à l'occasion de la construction des caissons de G2 et de G3

La décision de réaliser les enve1oppes de pression de G2 et de G3 en béton précontraint date de l'été 1955. Accueillie avec un certain scepti-

FICURE 3

Ca^:sson de réacteur.

Fressure vessel.

Câmara del reactor.

FIGURE 3a

Coupe sur toboggans, vue eu Sud.

Section of inclined planes from South side.

Section sobre los pianos inclinados, vista desde el Sur.

10

FIGURE 3b

Coupe longitudinale suivant l'axe.

Longitudinal section through the axis.

Secciôn longitudinal segûn cl eje.

cisme, cette entreprise a fait aujourd'hui ses preuves puisqu'elle a pu être menée à son terme, la mise en service des réacteurs G2 et G3.

Il n'entre pas dans notre propos de balancer les avantages et les incon- vénients des caissons en béton précontraint en parallèle avec d'autres possi- bilités de réalisation. Nous voudrions seulement ici faire part de l'expé- rience acquise tant au stade de la construction que de la mise en service et décrire les essais par lesquels nous avons acquis cette expérience.

Au stade du projet, les données et les principes de construction étaient simples: corps cylindrique, fonds hémisphérique; même les câbles de 1.200 tonnes de force unitaire, étaient, sinon classiques, du moins déjà employés dans la stabilisation des grands barrages.

Nous ne voudrions pas dire que la mise en oeuvre apparaissait alors particulièrement simple, mais en fait la seule difficulté théorique venait de la disposition des cerces et du frottement inévitable sur le béton qui en

résultait (Fig. 3).

Avec un coefficient de frottement de 0,20 par exempte, on perdait 60 % de la tension de l'extrémité tendue à l'ancrage fixe. A moins d'augmenter considérablement la force nominale des cerces, il était nécessaire de réduire au minimum le coefficient de frottement.

La solution préconisée consiste à fixer au câble un patin, lequel glisse sur une glace scellée avec précision sur le béton.

Des essais effectués au Conservatoire National des Arts et Métiers, permirent de contrôler le validité de la solution: patin et glace en fonte À graphite spheroidal usinée et sulfunisée, interposition de graisse au

bisulfure de molybdène retenue par un joint torique encastré partiellement dans le patin.

Un bas coefficient de frottement et une impossibilité de grippage, même à sec, tels étaient les résultats obtenus.

Les mesures effectuées lors de la réalisation répondirent fort bien aux prévisions ,ainsi qu'il est possible de le constater sur la Fig. 4 qui n'est que le relevé de la mise en tension d'une cerce quelconque. Le coefficient

de frottement tel qu'il a pu être estimé d'après l'ensemble des résultats se situe entre 0,02 et 0,025, chiffres qui n'ont pas besoin d'être commentés.

Dans un domaine plus vaste, il est apparu nécessaire de contrôler la validité des prévisions avancées sur la tenue générale des ouvrages et leur limite de résistance.

Des maquettes, en plâtre principalement, furent essayées en laboratoire.

L'étamchéité extérieure était constituée d'une vessie en caoutchouc .et la précointrante assez simplifiée. Les essais ont été poussés jusqu'à éclatement de la vessie par ouverture de fissures, ce qui était prévu. Puis, 3 maquettes au 1/10 ont été construites par le Service des Etudes et Recherches d'E.D.F. Destinées à destruction complète par essais de rupture à l'air, elles ont cherché longtemps, en raison du danger de projection de fragments pour le voisinage, des terrains accueillants. Finalement construites dans une galerie souterraine à Méry S/Oise, elles ont été essayées partiellement à l'eau, fin 1957.

Les observations faites, sur lesquelles nous ne nous étendrons pas, montraient le comportement parfaitement normal des modèles jusqu'à 30

12

kg/cm' environ. Au delà, comme prévu par le calcul, les fonds commen- çaient à s'ouvrir; les pressions de destruction, par projection de fonds, furent de 65 à 70 kg/cm²; un des modèles n'a pu en effet être poussé

jusqu'à rupture (Fig. 5).

L'échelle anormale, le nombre et le luxe de détails reproduits, faisaient de ces ouvrages de véritables modèles réduits.

Avec le recul du temps, et l'expérience acquise, ces précautions peuvent paraître superflues ou même mutiles, mais, la position avancée du projet

*t\ l'absolue nécessité de réussir l'ouvrage puisque le programme français de piles de puissance y était engagé, expliquent le luxe de précautions déployées.

Sur le chantier, pendant ce temps, après l'installation des ateliers de production et de manutention des câbles, un essai d'importance avait été réalisé ; il s'agissait simplement de pousser un câble d'essai jusqu'à rupture, après s'en être servi de banc d'essai pour les opérations de mise en place, bétonnage des têtes €t mise en tension. On a pu déterminer quels étaient les plus faibles des divers constituants d'un câble: fils, tête, contre-tête ou calages. Avant rupture, obtenue à plus de 2 % d'allongement sous plus de 2.200 tonnes par rupture des fils un peu partout le long du câble, des auscultations extensométriques avaient permis de mesurer les contraintes dans la tête. Aucun signe particulier de fatigue n'y a été décelé. L'ensemble de ces observations a montré que la limite de résistance de l'ensemble était bien celle des fi's 'i'acier de précontrainte.

kg/cm»

CONTRE TETE OPPOSITE MEAD

CONTRA C A K Z A OLiuornm.nl og CMIE

FIGURE 4

Graphique de mise en tension d'une cerce.

Déplacement des patins pour les différentes tensions.

Making up of the forwork.

Pan displacements for different tensions.

Puesta en tension de una cercha.

Dcspiazamientc del patin para diferentcs tensiones.

FIGURE 5

Vue générale de l'installation d'essai des modèles réduits.

General view of scale model testing installation.

Vista general de la instalacion de ensayo para los modelos reducidos.

Vint le jour où les caissons furent achevés. L'un, celui de G2, fut équipé sans épreuve préalable, de tous ses organes intérieurs: poutres, protection thermique, graphite...

Pendant ce temps, on procédait à l'épreuve hydraulique de son frère, celui de G3, qui n'était donc à l'époque qu'une enveloppe de pression vide de tout matériel.

Commencée le 21 avril 1958, l'épreuve s'est terminée le 29 mai. En dehors des fuites diverses qu'il a fallu colmater spécialement sur les appa- reils annexes, tuyauteries d'amenée d'eau, de mesure de niveau, joints..., opérations de routine lors de la mise en eau d'une installation aussi vaste, le seul incident notable fut l'apparition d'une fuite sur la peau d'étanchéité.

Après vidange partielle du '^isson et introduction d'un canot pneumati- que sur le plan d'eau intérieur, la vidange fut poursuivie jusqu'à découverte par ressuage de l'eau des fuites, d'une soudure défectueuse au droit d'une canalisation soudée sur la per.u intérieure du caisson. Cette soudure reprise,

l'épreuve fut poursuisive pour atteindre 31,2 kg/cm* le 22 mai 1958.

£33/7/ NyûRRULlQU£ OU CGJSSON Ç3

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FIGURE 6

Epreuve hydraulique du caisson du réacteur G3.

Hydraulic test of reactor G3.

Ensayo hidriulico del reactor G3.

On voit sur la Fig. 6 la variation des pressions pendant la durée de l'épreuve. Pendant tout cet essai, les extensomètres noyés dans la masse 15

du béton ont permis de suivre la variation des contraintes d'ensemble et en particulier de vérifier son comportement élastique dans la marge 0-30 kg/cm².

Le 17 septembre 1958, le caisson de G2 pratiquement complètement équipé commença d'être essayé à l'air en même temps qu'une grande partie des tuyauteries de soufflage. Malgré le précédant de G3, des précautions sévères furent prises pour éviter la présence de personnel autour du caisson pendant les montées en pression. Pour atteindre 24 kg/cm* il fallait en effet pomper 120.000 m⁸ d'air environ et l'explosion, pour improbable qu'elle fut, ne serait pas passée inaperçue. C'est ainsi que les montées en pression avaient lieu la nuit, puis la pression descendue quelque peu avant accès à proximité du personnel nécessaire aux relevées. Cette épreuve fut vraiment sans histoire, si ce n'est, à 16 kg/cm^a le départ inopiné à de grandes hauteurs d'un bouchon d'obturation provisoire d'un tube de barres de contrôle, accompagné d'une retombée à 0 de la pression dans le caisson.

Malgré cet incident, dix jours seulement furent nécessaires pour attein- dre la pression d'épreuve de 24 kg/cm¹, absolus.

D'un manière générale, le recoupement des relevés d'un caisson à l'autre fut satisfaisant.

La Fig. 7 montre la variation de la pression pendant cet essai.

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FIGUE* 7

Epreuve pneumatique du caisson du réacteur G2.

Pneumatic t«*st of reactor G2.

Ensayo neumatico del reactor G2.

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La pression mise à part, il fallait attendre lu mise en service des réac- teurs pour soumettre les caissons à d'autres épreuves.

Le remplissage en CO² laissait le béton parfaitement indifférent, isolé qu'il était par une peau en acier d'épaisseur considérable (30 mm) en regard des risques d'affaiblissement par corrosion.

Divers rayonnements, issus du coeur du réacteur en marche, atteignent bien le béton. Mais la présence d'un reflector de graphite épais (1 mètreï et surtout celle d'un bouclier d'acier de 120 mm accolé au graphite réduisent les flux à des valeurs faibles. Il a été impossible de se rendre compte jusqu'à présent d'un effet quelconque. Des essais sont entrepris pour éva- luer les dommages causés à différents bétons par des rayonnements beau- coup plus intenses.

Le béton, avec ses 3 mètres d'épaisseur ne causa également aucun souci quant à l'efficacité de la protection qu'il assurait. C'est ainsi que l'intensité du rayonnement à sa surface extérieure était inférieur à 1/20 de dose pour une puissance de la pile de 200 MW thermiques. On pouvait accéder facile- ment, moyennant quelques précautions, dans les chambres de toboggan malgré la présence de trous importers (blocs tabulaires de déchargement) au travers de la paroi de béton. Aucune anomalie concernant la protection biologique ne fut constatée, même au droit des joints de dilatation au rac- cordement entre fonds et cylindres.

On attendait avec une certaine impatience les effets thermiques, car ainsi qu'on l'avait éprouvé sur Gl, s'il est relativement facile de rester maître du refroidissent nt dans son ensemble, des effets secondaires et locaux viennent parfois détruire la belle harmonie du projet.

De a fait, malgré la rapidité avec laquelle il a été possible de monter et de maintenir la pile au delà de sa puissance nominale de 200 MW, en trois points différents la température fatidique de 50° se trouva dépassée dans le béton. Il nous faut ici revenir un peu en a n 1ère.

Il avait été admis au stade du projet que le béton ne chaufferait pas au delà de 50° C.

Cette donnée, acceptée par tous, était étayée par la présence d'un cir- cuit de CO² froid qui doit balayer l'espace compris entre le coeur du réac- teur et la paroi interne du béton.

De grandes précautions furent prises pour diminuer la transmission de chaleur du coeur vers !e béton: isolement des appuis, pose d'un calorifuge (relatif) externe à la protection thermique, déflecteur, e t c . . Malgré tout, de grandes quantités de thermocouples avaient été disséminées, à priori, dans la masse du bflon.

Ces précautions ?•.„ furent pas vaines, mais insuffisantes. On s'aperçut, tout d'abord, dun khauffement au milieu du bloc tubulaire de chargement, au fur et à mesure du réglage des boisseaux. Il est traversé par les tubes qui véhiculent le CO² prélevé à la sortie des canaux pour détection de rupture de gaine.

Après tâtonnements, les causes du mal furent établies:

circulation parasite du gaz chaud en l'absence de prélèvement;

surestimation au départ de la capacité d'extraction de calories dans cette région par le CO» secondaire.

Quelques artifices permirent de maintenir assez aisément le phénomène

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dans des limites acceptables en attendant les modifications de fond en cours de réalisation.

La deuxième alerte fut motivée par réchauffement anormal du béton dans la partie haute du caisson, spécialement côté Sud. (Voir figure 3.)

Il apparut que la convection naturelle était à la base du phénomène et qu'elle était aidée dans ses effets par une lacune dans la répartition du flux de balayage froid.

La mise progressive en température de la région intéressée a permis, là encore, de limiter le phénomène à des valeurs acceptables.

Depuis, des essais systématiques entrepris sur G3 ont permis de déga- ger des remèdes. Profitant d'un dégonflage, les déflecteurs et diaphragmes nécessaires ont été montés dans le caisson de G2, malgré des conditions de travail exceptionnelles, en octobre dernier.

Enfin, un phénomène de thermosiphon apparut sur les faisceaux des tubes qui font communiquer les goulottes de déchargement avec les tobog-

gans (voir Fig. 3).

Lui aussi est en relation avec les températures d'entrée des gaz pri- maires; cet effet a été combattu par l'installation de clapets anti-retour sur les tubes, à l'extérieur du caisson.

Dans ces trois incidents, des températures de l'ordre de 100° furent observées localement dans 'a masse du béton. Les extensomètres signalaient les contraintes parasites introduites dans le béton par ies effets locaux de

température.

Malgré ces températures très supérieures aux chiffres du projet et l'influence défavorable de leur localisation, à aucun moment, la résistance de l'ouvrage et particulièrement des câbles, n'a été compromise. En fait, on s'est borné à limiter provisoirement les performances de la pile, en atten- dant l'homogénéisation des températures, dès que des témoins sonores don- naient des signes de nervosité. Mais il est possible que des températu^s bien plus élevées ne soient traduites que par des fissurations sams grande importance.

En conclusion, nous pouvons dire que ces ouvrages ont donné entière satisfaction en ce qui concerne leur facilité de construction et leur résis- tance, à tel point qu'ils paraissent maintenant nettement sur-dimensionnés

en égard à la pression de service.

Le caisson de G2 ayant fonctionné également sans dommage dans des conditions thermiques pour lesquelles il n'était pas fait, nous pensons qu'il est possible d'en améliorer graduellement les caractéristiques et les perfor- mances.

Il sera alors inévitable de comparer cette solution avec d'autres plus c'assiques toutes les fois que l'on se trouvera sur le chemin des grandes enveloppes sous forte pression.

9. La poursuite des essais de G2

Après une première période de fonctionnement , le réacteur G2 a été arrêté pour permettre de lui apporter certaines amélioiations que cette pre- mière campagne avait suggérées.

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Simultanément, de nombreux essais ont été effectués sur G3 en cours d'achèvement pendant le dernier semestre 1959 pour préciser divers points que la montée en puissance de G? avait mis en évidence.

Résumé

Les premiers réacteurs industriels plutonigènes français Gl - G2 - G3 du Centre de Marcoule comportent une installation de récupération d'énergie.

La Production d'électricité de Gl ne compense pas l'énergie dépensée par ailleurs pour le fonctionnement de l'ensemble, par contre, G2 et G3 doivent fournir chacun une puissance de 25 à 30 MW au réseau national d'Electricité de France.

Cette puissance est modeste, mais l'expérience acquise grâce a ces Réacteurs est très grande et c'est grâce à elle qu'il nous sera possible de mettre en exploitation les réacteurs énergétiques EDF1 - EDF2 - EDF3.

Le mémoire décrit comment, avant tout démarrage du réacteur, les essais effectués, en particulier ceux concernant l'installation de récupéra- tion déncrg'V et le caisson, ont permis d'abréger la phase de montée en puis- sance.

Summary

The first French plutonium-making reactors Gl, G2 and G3 built at Marcoule research center are linked to a power plant.

The Gl electrical output does not offset the energy needed for operating this reactor. On the contrary, reactors G2 and G3 will each generate a net power of 25 to 30 MW, which will go into the E.D.F. grid.

This power is relatively small, but the information obtained from oper- ation is great and will be helpful for starting up the power reactor E.D.F.l, E.D.F.2 and E.D.FA

The paper describes how, previous to any starting-up operation, the tests performed, especially those concerned with the power plant and the pressure vessel have helped to bring the commissioning date closer.

Resmnen

Los primeros reactores industriales franceses, de plutonio, Gl - G2 y G3 del Centra de Marcoule. tienen una instalaciân de récupération de energia.

La electricidad producida por Gl, no compensa la energia gastada para el funcionamiento del conjunto; en cambio, G2 y G3 suministrarân, cada uno, una potencia de 25 a 30 MW a la red nacional de Electricidad de Francia.

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Esta potenda es modesta, pero la experiencia adquirida con estes reactores es muy grande, y gracias a ella nos sera posible poner en explota- ciôn los reactores de potenda E.D.F.1 - E.D.F.2 - E.D.F.3.

En esta memoria se describe cômo se ha kgrado acortar la f ase de puesU en carga del reactor, gracias a los ensayos etectuados, antes de su funcio- namiento. y en particular a los correspondientes a la instalaciôn de recupe- ration de energia y de la camara a presiôn.

Manuscrit reçu le 5 Juillet 1960